191147. lajstromszámú szabadalom • Rezonancia üzemmódú longitudinális elektrooptikai fényzár
1 191 U'7 2 A (alálmány tárgya rezonancia üzemmódú longitudinális elektrooptikai fényzár, amely kis frekvencián működik, és egykristályokból készített, optikailag sorba kapcsolt két fényzárból van felépítve. Mint ismeretes, a rezonanciaüzemmódú longitudinális elektrooptikai fényzárak két egymásra merőleges polarizációs síkú polarizátor közé helyezett elektrooptikai kristályt tartalmaznak, melyre a kristály kristálytani z tengely irányában kis feszültségű, kb. Use3—10 V nagyságú és a kristály rezonanciafrekvenciájának megfelelő frekvenciájú váltójelet kapcsolunk, miközben a kristály oly módon van a keresztezett polarizátorok közé helyezve, hogy a kristálytani z tengely párhuzamos a kristályon és a polarizátorokon áthaladó fénysugárral. A rezonanciafrekvcncián a kristályban állóhullámok keletkeznek. A kialakuló állóhullámok miatt a z tengelyre merőlegesen időben periodikusan változó nagyságú elmozdulások és ennek megfelelően kristálytani x, y irányú deformációkomponens jön létre, amely az elaszlooptikai effektus miatt a kristályban a fénynyaláb mentén időben periodikus törésmutató változást hoz létre. Az időben periodikus törésmutató változás miatt a kristályra eső, i\z első polarizátor miatt lineárisan polarizált fény polarizációs síkja időben periodikusan elfordul. Az elfordulás szögének — ami a törésmutató változástól, azaz az időtől függ - mértékétől függően a második, az elsőre merőleges polarizációs síkú polarizátor a fényt részlegesen vagy teljesen átengedi. így a fényzár a kristály kétszeres rezonancíafrekvenciájának megfelelő frekvenciával periodikusan kinyit, illetve lezár. A nyitás mértéke az elektrooptikai kristály deformációjától függ, amit a kristály minősége, a rácshibák, növesztési hibák stb., illetve az alkalmazott rezgetési feszültség nagysága határoz meg. Egy kristály rezonanciafrekvenciáját, amely egyben a fénynyaláb nyitási frekvenciáját is meghatározza, a kristály rugalmas modulusai, azaz a kristályban a rugalmas hullámok terjedési sebessége, illetve a kristály kristálytani x és y tengely irányú mérete határozza meg. Tipikusan jó akusztikai képességekkel rendelkező, azaz a rezonanciafrekvenciáján kis feszültséggel könnyen berezgethetö elektrooptikai anyag ADP (ammónium-dihidrogén-foszfát). Az ebből készült kristálytani * és y irányú méreteiben 15,3 x 15,4 mm nagyságú kristály rezonanciafrekvenciája az elvégzett mérések szerint 78 kHz. Mivei a rezonanciafrekvencia a kristály kristálytani x és y irányú méreteivel fordítottan arányos, ezért kis rezonanciafrekvenciájú kristályoknak a geometriai mérete igen nagy. Például 1 kHz frekvencián működő ADP kristály mérete a kristálytani * és y irányban 1140* 1140 mm. Ilyen kísérletekről számol be J. F, Stephany, J.: Opt. Soc. Am. című folyóirat 1965 évfolyamának 55. kötetében, a 136. oldalon. A fentiekből kitűnik, hogy kis feszültséggel vezérelt, kis frekvenciájú, azaz néhány kHz-es, illetve ennél kisebb frekvenciák tartományában periodikusan működő fényzár készítését a kristály igen nagy mérete akadályozza, illetve alkalmazását lehetetlenné teszi. Ilyenkor a szokásos módon, tehát nem rezonanciaüzemmódban, hanem nagy feszültségű, több kV-os impulzussorozattal lehet a kis méretű kristályt tartalmazó fényzárat működtetni. Ilyen megoldást ismertet A. Yariv: Quantum Electronics című könyvének 14. fejezetében (John Wiley & Sons, 1975, 2nd edition). A találmány célja az ismert megoldások hátrányainak kiküszöbölése és olyan rezonanciaüzemmódú longitudinális elektrooptikai fényzár kialakítása, amely kis geometriai méretei mellett kis feszültségen és kis, azaz néhány kHz-es rezonanciatartományban működtethető. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy ha két longitudinális elektrooptikai fényzárat helyezünk el egymás után és a fényzárakban alkalmazott kristályokat rezonanciafrekvenciájukon berezgetjük, és a két rezonanciafrekvencia a kristályok geometriai mérőidnek eltérése miatt egymástól eltér, akkor a találmány szerinti fényzár együttes transzmissziója a kél kristály rezonancíafrekvenciája különbségének megfelelő frekvenciával, azaz igen kis frekvenciával lebeg, és a fényzár működtetéséhez nincs szükség nagyfeszültségű nyitóimpulzusokat előállító berendezésre. A kitűzött feladatot olyan rezonanciaüzemmódú longitudinális elektrooptikai fényzárral oldottuk meg, amely két keresztezett polarizátor közé helyezett hasáb alakú elektrooptikai kristályt tartalmaz, emyl kristály kristálytani z tengelye párhuzamos a kristályon és a polarizátorokon áthaladó fénynyaiábbal és feszültségbevezető elektródákkal van ellátva, amely elektródák vezérelhető nagyfrekvenciás vagy nagyfeszültségű tápegységgel vannak összekapcsolva. Egy első, keresztezett polarizátorokat és közéjük helyezett elektrooptikai kristályt tartalmazó longitudinális elektrooptikai fényzár után egy további, keresztezett polarizátorokat és közéjük helyezett elektrooptikai kristályt tartalmazó longitudinális elektrooptikai fényzár van oly módon elhelyezve, hogy a szomszédos polarizátorok polarizációs iránya megegyezik, a polarizátorok között elhelyezett elektrooptikai kristályok kristálytani z tengelye párhuzamos a fényzáron áthaladó fénynyalábbal, és az első fényzár kristályának elektródái a kristály rezonanciafrekvenciáján üzemelő nagyfrekvenciás tápegység kimenetével, és a második fényzár kristályának elektródái a kristály rezonanciafrekvenciáján üzemelő további nagyfrekvenciás tápegység kimenetével vannak összekötve, ahol a második kristály kristálytani x és y tengely irányú geometriai méretei és azzal arányos rezonanciafrekvenciája kismértékben eltér az első kristály megegyező irányú geometriai méreteitől és azzal arányos rezonanciafrekvenciájától. A találmány szerinti rezonanciaüzemmódú longitudinális elektrooptikai fényzár egy előnyös kiviteli dakja értelmében a két szomszédos, azaz polarizációs a'kú polarizátor egyetlen közös polarizátorként van kialakítva. Ezáltal egyszerűsödik a fényzár felépítése. További célszerű kiviteli alak értelmében a fényzár egyik vagy mindkét szélső polarizátora helyett fényvisszaverő felület van elhelyezve. Ilyen kialakítás melíitt a fényzár működése és hatékonysága az egyszerűbb felépítés ellenére sem változik. Célszerű a találmány értelmében az a kiviteli alak, nely szerint egyik vagy mindkét nagyfrekvenciás tápegység a kristályt frekvencia meghatározó és stabilizáló aktív elemként tartalmazó óraáramkörként van kialakítva. Egyszerű felépítés mellett nagyobb stabilitás és megbízhatóság érhető el a fényzár ilyen kialakításával. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
